(57)【要約】【課題】プラスチックや紙を原料としたプラスチックボトルや紙容器等の３次元中空容器の表面にマイクロ波プラズマＣＶＤコーティングを行うプラズマを使用した容器処理装置に関する。【解決手段】  マイクロ波を供給するための導波管（１）の導体面に１つ以上のプラズマ処理を行うための金属空洞筐体（２）を有し、その側面が電気的に接合され、各々の接合面に空けられたスリット（３）により金属空洞筐体（２）と導波管（１）の電磁界エネルギーが結合するプラズマを使用した容器処理装置であって、前記接合面に穿設されたスリット部分にマイクロ波の結合を調整する為の空間部（４）を備えた事を特徴とするプラズマを使用した容器処理装置である。【選択図】図１
2007204774.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を供給するための導波管（１）の導体面に１つ以上のプラズマ処理を行うための金属空洞筐体（２）を有し、その側面が電気的に接合され、各々の接合面に空けられたスリット（３）により金属空洞筐体（２）と導波管（１）の電磁界エネルギーが結合するプラズマを使用した容器処理装置であって、前記接合面に穿設されたスリット部分にマイクロ波の結合を調整する為の空間部（４）を備えた事を特徴とするプラズマを使用した容器処理装置。
【請求項２】
前記空間部（４）の大きさが、金属空洞筐体（２）と導波管（１）を結ぶ軸方向において、λをマイクロの波長としたときに、Ｘ＝１／４λ＋１０ｍｍ以下の値をとり、高さ方向にＹ＝１／４λ±１０ｍｍの範囲の値となる事を特徴とする、請求項１記載のプラズマを使用した容器処理装置。
【請求項３】
前記空間（４）の内部にマイクロ波を透過する誘電体（５）を配置した事を特徴とする、請求項１又は２記載のプラズマを使用した容器処理装置。
【請求項４】
金属空洞筐体（２）の内部円筒空間中心軸上に導電性を有する材料からなるプロセスガス導入管（６）が電気的に接続された状態で配置され、ガス導入管（６）に半同軸モード（ＴＥＭモード）を励起するために内部円筒空間中心軸上に直交する向きでスロットを配置したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに１項記載のプラズマを使用した容器処理装置。
【請求項５】
金属空洞筐体（２）が導波管（１）の管方向に、λをイクロ波の波長、ｎを１以上の整数としたときに、１／２λ×ｎ±１０ｍｍの間隔で配置された事を特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のプラズマを使用した容器処理装置。
【請求項６】
金属空洞筐体（２）が導波管軸に対称となるように配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載のプラズマを使用した容器処理装置。
【請求項７】
金属空洞筐体（２）が導波管（１）の管に対称かつ導波管（１）の管方向に、λをマイクロ波の波長、ｎを１以上の整数としたときに、１／２λ×ｎ±１０ｍｍの間隔で配置された事を特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載のプラズマを使用した容器処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチックや紙を原料としたプラスチックボトルや紙容器等の３次元中空容器の表面にマイクロ波プラズマＣＶＤコーティングを行うプラズマを使用した容器処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス、金属、紙、プラスチック容器に代表される３次元中空容器は食品や医薬品など様々分野で一般的に利用されている。特にプラスチック容器に関しては、軽量、低コストといったメリットを生かし広く用いられるようになってきている。
【０００３】
また、３次元中空容器には様々な機能が要求されているが、プラスチック容器に対しては内容物保護の面から炭酸ガスや酸素に対するバリア性を持たせる要求がなされている。
【０００４】
このため、プラスチック容器に所定の物質をコーティングする技術が開発されている。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
これらの技術は、金属中空胴体内部にプロセスガスを注入したプラスチック等の３次元容器を配置して金属中空胴体内に入力されたマイクロ波エネルギーにより発生したプラズマを利用して薄膜を成膜するものである。
【０００６】
以下に先行技術文献を示す。
【特許文献１】特表２００２−５０９８４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のプラズマを利用して薄膜を成膜する場合、マイクロ波エネルギーをプラズマ容器処理装置に如何に効率よく供給してプラズマを発生させることが重要となる。さらに、プラズマを使用した容器処理装置が高額であるという問題がある。
【０００８】
そして、コストダウン等を計るためには、１つの電源から複数の成膜処理槽に導波管分岐によりマイクロ波エネルギーを分割してやる方法がある。
【０００９】
しかし、導波管分岐をする場合には、導波管分岐部材が用いなければならず、且つ、スペースも必要となる。そして、該装置が大型化するという問題がある。
【００１０】
このために、マイクロ波を供給する導波管に成膜用金属空洞筐体を接合し、接合部にスリットを穿設することによりマイクロ波の結合を行う方法がある。
【００１１】
しかし、この方法は、導波管と成膜用金属空洞筐体との接合部が弱い。また、プラズマ処理を行う為の十分な電力を金属空洞筐体内部に入力する事が難しいという問題がある。
【００１２】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決しようとするものであり、導波管分岐部材を用いず、マイクロ波エネルギーを導波管に穿設されたスリットにより供給することができる。そして、安価で、大型化する事無く複数の成膜用金属空洞筐体にマイクロ波エネルギーを分配することができるプラズマを使用した容器処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、本発明の請求項１に係る発明は、マイクロ波を供給するための導波管（１）の導体面に１つ以上のプラズマ処理を行うための金属空洞筐体（２）を有し、その側面が電気的に接合され、各々の接合面に空けられたスリット（３）により金属空洞筐体（２）と導波管（１）の電磁界エネルギーが結合するプラズマを使用した容器処理装置であって、前記接合面に穿設されたスリット部分にマイクロ波の結合を調整する為の空間部（４）を備えた事を特徴とするプラズマを使用した容器処理装置である。
【００１４】
本発明の請求項２に係る発明は、前記空間部（４）の大きさが、金属空洞筐体（２）と導波管（１）を結ぶ軸方向において、λをマイクロの波長としたときに、Ｘ＝１／４λ＋１０ｍｍ以下の値をとり、高さ方向にＹ＝１／４λ±１０ｍｍの範囲の値となる事を特徴とする、請求項１記載のプラズマを使用した容器処理装置である。
【００１５】
本発明の請求項３に係る発明は、前記空間（４）の内部にマイクロ波を透過する誘電体（５）を配置した事を特徴とする、請求項１又は２記載のプラズマを使用した容器処理装置である。
【００１６】
本発明の請求項４に係る発明は、金属空洞筐体（２）の内部円筒空間中心軸上に導電性を有する材料からなるプロセスガス導入管（６）が電気的に接続された状態で配置され、ガス導入管（６）に半同軸モード（ＴＥＭモード）を励起するために内部円筒空間中心軸上に直交する向きでスロットを配置したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに１項記載のプラズマを使用した容器処理装置である。
【００１７】
本発明の請求項５に係る発明は、金属空洞筐体（２）が導波管（１）の管方向に、λをイクロ波の波長、ｎを１以上の整数としたときに、１／２λ×ｎ±１０ｍｍの間隔で配置された事を特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のプラズマを使用した容器処理装置である。
【００１８】
本発明の請求項６に係る発明は、金属空洞筐体（２）が導波管軸に対称となるように配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載のプラズマを使用した容器処理装置である。
【００１９】
本発明の請求項７に係る発明は、金属空洞筐体（２）が導波管（１）の管に対称かつ導波管（１）の管方向に、λをマイクロ波の波長、ｎを１以上の整数としたときに、１／２λ×ｎ±１０ｍｍの間隔で配置された事を特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載のプラズマを使用した容器処理装置である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のプラズマを使用した容器処理装置はマイクロ波エネルギーを導波管に穿設されたスリットにより供給するために、導波管分岐部材等を用い。このために、該装置は大型化する事無く、複数の成膜用金属空洞筐体にマイクロ波エネルギーを分配することができる。
【００２１】
また、本発明のプラズマを使用した容器処理装置の設置スペースは、導波管分岐部材等が用いられていないために広い場所でなくても良い。そして、トータルコストが減少できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明のプラズマを使用した容器処理装置を実施の形態に沿って以下に図面を参照にし
ながら詳細に説明する。
【００２３】
図１は本発明のプラズマを使用した容器処理装置の一実施例の正面の概略を示す概略図である。また、図２は図１の平面の概略を示す概略図である。さらに、図３は図２のＡ−Ａ′線断面を示す断面図である。
【００２４】
図４は本発明のプラズマを使用した容器処理装置の他の一実施例の平面の概略を示す概略図である。
【００２５】
本発明のプラズマを使用した容器処理装置は図１〜４に示すように金属空洞筐体（２）と導波管（１）とマイクロ波電源（１２）等から構成されている。また、金属空洞筐体（２）と導波管（１）の接合部内に空間部（４）が形成されている。
【００２６】
そして、空間部の金属空洞筐体（２）方向に空洞体側スリット（７）、導波管（１）方向に導波管側スリット（８）が向かい合ってスリット（３）が穿設されている。
【００２７】
また、金属空洞筐体（２）と導波管（１）の接合面に穿設されたスリット（３）によりマイクロ波エネルギーを結合させている。そして、導波管（１）に細長い導波管側スリット（８）を穿設した場合、該スリット（８）の長さによってマイクロ波の最も良く漏れ出す周波数が異なる。
【００２８】
一般的に共振させたい周波数の１／２λ（マイクロ波の波長）の長さのスリットを空けた場合にスロットからのマイクロ波の漏れが最も大きくなる事が知られている。
【００２９】
また、本発明のプラズマを使用した容器処理装置では、プラズマ処理を行うための金属空洞筐体（２）の内部が円筒形のために端面に切られた空洞体側スリット（７）の長さが弧を描く。そして、導波管側に比べて長くなる。
【００３０】
このために、導波管（１）と金属空洞筐体（２）のインピーダンスマッチングを調整する為の空間部（４）を設けている。そして、空間部（４）により空胴体側スリット（７）と導波管側スリット（８）に分割される為にそれぞれのスリットサイズを調整する事が可能となる。
【００３１】
また、空間部（４）の形状は矩形、円形等さまざまな形状を使用することが可能である。例えば、断面形状が矩形の場合は、導波管側スリット（７）と空胴体側スリット（８）を最も良く結合させるように空洞筐体（２）と導波管（１）を結ぶ軸方向において、マイクロ波の反射が少ないＸ＝１／４λ＋１０ｍｍ以下の値をとり、高さ方向にＹ＝１／４λ±１０ｍｍの範囲の値となるようにする。
【００３２】
次に、図４に示すように、導波管（１）に複数の金属空洞筐体（２）を接合した場合、電源の給電点（９）からの距離に応じて導波管側スリット（８）の大きさを変える事により金属空洞筐体（２）のマイクロ波の結合バランスを調整する事も可能である。
【００３３】
そして、この時の金属空洞筐体（２）は導波管軸方向に対称又は１／２λ×ｎ（１以上の整数）±１０ｍｍの範囲に配置される。
【００３４】
さらに、金属空洞筐体（２）内部はプラズマ発生させるために、低圧状態にする必要がある。そして、金属空洞筐体（２）内部にマイクロ波透過材料を使用した円筒形の処理チャンバー（１３）を配置してチャンバー内部を真空にする方法も利用出来るが、気密性を高める目的で空間部（４）内部にマイクロ波を透過する誘電体（５）等を配置する事も可
能である。
【００３５】
前記誘電体（５）としは、発熱を抑える為に誘電損失の小さな石英ガラスあるいはフッ素樹脂等の材質が望ましい。
【００３６】
次に、本発明のプラズマを使用した容器処理装置でプラズマ処理を行う容器はプラスチック等の３次元中空容器等を対象としている。そして、ここではポリエチレンテレフタレート等のポリエステル材料を原料とした容量５００ｍｌ、平均肉厚０．５ｍｍのＰＥＴボトル容器等（１０）を対象にプラズマ化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ法）により容器内面に薄膜を成膜した一実施例を以下に示す。
【００３７】
図１〜３に示すように金属空洞筐体（２）内部円筒空間中心軸上に導電性を有する材料で構成されたプロセスガス導入管（６）が配置され金属空洞筐体（２）金属メッシュ（１１）を通して電気的に接続される。
【００３８】
前記金属空洞筐体（２）内部の円筒空間の内径は同軸高次モードを発生しない１２０ｍｍ以下でありコーティング対象容器であるＰＥＴボトル等（１０）を容易に出し入することが可能な９０〜１１０ｍｍの範囲が好ましい。
【００３９】
そして、同様に円筒空間の高さについても容器を入れるに十分な１５０〜２５０ｍｍの範囲が好ましい。
【００４０】
また、ガス導入管（６）の長さはプロセスガスがＰＥＴボトル等（１０）の内部に均一に供給を行うために（１０）容器底面とガス導入管（６）の先端部分の間隙が５〜３０ｍｍの範囲の値となることが望ましい。
【００４１】
そして、プラズマ処理を行う際にガス導入管（６）を固定している金属メッシュ（１１）の穴から気体が排出される事により、金属空洞筐体（２）内部はプラズマ発生に最適な減圧環境に保たれる。
【００４２】
また、薄膜形成を行うための原料ガスは、主ガスとしてヘキサ・メチル・ジ・シロキサン（以下ＨＭＤＳＯと記載）またはテトラ・メチル・ジ・シロキサンなどを用いることが可能であり、サブガスとして酸素、窒素といったものが用いられる。
【００４３】
これらの原料ガスはガス導入管（６）側面及び天面に空けられた穴からコーティング対象容器であるＰＥＴボトル（１０）内部に供給される。
【００４４】
上記のガスを使用して形成される薄膜は、いわゆるセラミック層ＳｉＯｘＣｙ（ｘ＝１〜２．２／ｙ＝０．３〜３）を主成分とするものである。
【００４５】
次に本発明のプラズマを使用した容器処理装置の成膜プロセスについて以下に示す。まず、本発明のプラズマを使用した容器処理装置の金属空洞筐体（２）内部の処理チャンバー（１３）内部に薄膜を形成するためのＰＥＴボトル等（１０）をセットする。
【００４６】
そして、金属空洞筐体（２）内部を１．３３３Ｐａ（パスカル）まで、図には示していないが真空装置で吸引して減圧環境を保つ。
【００４７】
次にＰＥＴボトル（１０）容器内面にバリア性の薄膜コーティングを行うための原料ガスＨＭＤＳＯを流量１０ｍｌ／分、酸素の流量を５０ｍｌ／分で注入してＰＥＴボトル容器等（１０）内の真空度を１３．３３Ｐａの真空圧力に調整する。そして、この状態で、
マイクロ波電源（１２）によりマイクロ波エネルギーを約５秒間に渡り供給する。
【００４８】
このとき、電源のから供給されるマイクロ波の周波数は２．４５ＧＨｚ、電力２００〜４００Ｗの値に設定される。そして、導波管（１）に入力されたマイクロ波エネルギーはスリット（３）を通して金属空洞筐体（２）内部に供給された原料ガスにプラズマを発生させ薄膜を形成する。
【実施例】
【００４９】
以下に、本発明の一実施例を具体的に挙げて説明するが本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５０】
<実施例１>
図１〜図４に示す本発明のプラズマを使用した容器処理装置を下記の条件で実施した。
【００５１】
（１）・・・・空間部（４）は設けず
（２）・・・・スリット（３）の幅は６１ｍｍ
（３）・・・・金属空洞筐体（２）の数は１台のみ接続
（４）・・・・マイクロ波電源の周波数は２．４５ＧＨｚ
（５）・・・・入力電力は３５０Ｗ
（６）・・・・処理チャンバー（１３）はあり
上記の条件で５００ｍｌのＰＥＴボトル（１０）内面に薄膜を形成した。
【００５２】
<実施例２>
（１）・・・・空間部（４）はＸ＝３０ｍｍ  Ｙ＝３０ｍｍ
（２）・・・・スリット（３）の幅は５８ｍｍ
（３）・・・・金属空洞筐体（２）の数は１台のみ接続
（４）・・・・マイクロ波電源の周波数は２．４５ＧＨｚ
（５）・・・・入力電力は３５０Ｗ
（６）・・・・処理チャンバー（１３）は有り
上記の条件で５００ｍｌのＰＥＴボトル（１０）内面に薄膜を形成した。
【００５３】
<実施例３>
（１）・・・・空間部（４）はＸ＝１２ｍｍ  Ｙ＝３０ｍｍ
（２）・・・・スリット（３）の幅は５８ｍｍ
（３）・・・・金属空洞筐体（２）の数は２台設け、導波管軸に対象に接続
（４）・・・・マイクロ波電源の周波数は２．４５ＧＨｚ
（５）・・・・入力電力は３５０Ｗ
（６）・・・・処理チャンバー（１３）はなし
（７）・・・・誘電体（５）は石英ガラス
上記の条件で５００ｍｌのＰＥＴボトル（１０）内面に薄膜を形成した。
【００５４】
＜評価＞
実施例1〜３で得たＰＥＴボトル（１０）の酸素バリア値の測定し、評価（○：合格、×：不合格を行った。その結果を表１に示す。
【００５５】
【表１】
2007204774.tif 000003
表１は、ＰＥＴボトル（１０）の酸素バリア値、評価の結果を記す。
【００５６】
＜評価結果＞
実施例１の空間部（４）が設けられていない場合の酸素バリア値は１１．１（ｆｍｏｌ
／ｍ2／ｓ／ｐａ）を示し、空間部（４）が設けられている実施例２の酸素バリア値は０．９６（ｆｍｏｌ／ｍ2／ｓ／ｐａ）で、実施例３は酸素バリア値が１．１１（ｆｍｏｌ／ｍ2／ｓ／ｐａ）といずれも合格であった。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明のプラズマを使用した容器処理装置はプラスチックボトルや紙容器等の３次元中空容器を熱変形することなく表面にマイクロ波プラズマＣＶＤコーティングできる容器処理装置として優れていることはもとより、酸素バリア性が要求される精密分野の精密部材、あるいは医療分野での医療部材など広い分野にも使用できる素晴らしい発明である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明のプラズマを使用した容器処理装置の一実施例の正面の概略を示す概略図である。
【図２】図１の平面の概略を示す概略図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面を示す断面図である。
【図４】本発明のプラズマを使用した容器処理装置の他の一実施例の平面の概略を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５９】
（１）導波管
（２）金属空洞筐体
（３）スリット
（４）空間
（５）誘電体
（６）ガス導入管
（７）空洞体側スリット
（８）導波管側スリット
（９）給電点
（１０）ＰＥＴボトル（他、プラスチック中空容器）
（１１）金属メッシュ
（１２）マイクロ波電源
（１３）処理チャンバー
【図１】
2007204774.tif 000004
【図２】
2007204774.tif 000005
【図３】
2007204774.tif 000006
【図４】
2007204774.tif 000007